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1、1,3.1.1 地基和基础的设计原则,3 地基和基础设计,（1）基础的强度、刚度和耐久性,（2）稳定：承载力,（3）变形,（4）渗透稳定性,3.1 概述,地基与基础,3 地基和基础设计,2,3.1.2 地基、基础和上部结构的共同作用,3.1.2.1 不考虑共同作用,将地基、基础和上部结构三者作为一个整体考虑，并要满足地基、基础和上部结构三者在连接部位的变形协调条件。,上部结构,基础,地基,3,3.1.2.2 基础刚度的影响,（1）柔性基础,柔性基础可随地基的变形而任意弯曲,基底反力与作用在基础上的荷载分布相同,基础缺乏刚度，无力调整不均匀沉降,4,（2）刚性基础,荷载小时为马鞍形分布,荷载大时
2、为抛物线形分布,地基为完全弹性体,基础边缘土体破坏,进一步破坏,地基土无粘性，基础埋深浅,基底反力分布与荷载分布无关,5,3.1.2.3 地基对基础的影响,（1）不同压缩性地基对基础扰曲和内力的影响,3.1.2.4 共同作用分析的基本思路,3.1.2.5 共同作用实用化进展,6,（2）非均匀性地基对基础扰曲和内力的影响,7,（1）初步拟定地基承载力,3.1.3 地基和基础设计步骤,（2）选择地基和基础的类型,（3）选择基础的埋置深度,（4）初步确定基础结构型式和材料,（5）拟定基础的布置和尺寸,（6）地基基础的稳定和沉降验算,（7）基础结构和构造设计，并绘制施工详图,8,3.2 地基承载力(s
3、ubgrade bearing capacity)的确定,（1）地基承载力概念,（2）确定地基承载力的方法,理论公式法,原位测试法,规范查表法,极限承载力pu,地基承载力fvpu/Fs：仅满足强度要求,容许承载力：同时满足强度和变形要求,9,3.2.1 理论公式法,3.2.1.1 按极限荷载确定地基承载力,（1）极限荷载的一般式（条形浅基础）,斯肯普顿、魏西克、普朗德尔、太沙基、汉森公式等都具有如上形式，只是系数、不同而已。式中：,B基础宽度；,q旁压荷载，Df基础埋置深度；,c地基土的粘聚力；,、承载力系数，仅与内摩擦角有关；,10,基底以下地基土的有效重度，按情况选用：地下水在基底上时，地
4、下水在基底下且埋深大于B时，地下水在基底下且埋深d小于B时，,基底以上土的重度，按情况选用：地下水在基底下时，无影响地下水在基底上且埋深 小于 时，,11,习题3-1：,有两基础埋置在砂土中，A基础埋深2m，基础宽度6m，B基础埋深4m。试问B基础基础宽度为多少时，二基础能承受的极限荷载相等？,12,习题3-1,解：极限承载力：,13,某条形浅基础置于粘性土地基上，地下水与基础底面齐平，基础宽度b=5米，承受铅直均布设计荷载为870kPa，粘性土的=20，c=105kPa，=17kN/m3，sat=19.5kN/m3，求地基稳定安全系数K=2.0时，基础的埋置深度Df为多少？,习题3-2：,（
5、=20,N=3.54，Nc=14.8，Nq=6.40）,14,习题3-2,解：极限承载力：,地基承载力：,联解二式得：Df0.94m，得解。,15,适用条件,极限承载力公式,以中心垂直荷载为主的各类建筑物条形基础情况。,（2）太沙基公式,整体剪切破坏,局部剪切破坏,对于局部破坏的情况，太沙基建议，只要降低c、值1/3，即,方形基础,圆形基础,16,偏心荷载,若荷载加偏心时，可用有效宽度 代替实际宽度B计算极限承载力,地基承载力设计值及安全系数（表3-2）,缺点,太沙基假定的破坏模式与实际情况出入较大，正渐被放弃采用。,17,适用条件,以中心倾斜荷载为主的各类建筑物条形基础情况，对水利和港口工程
6、有适用意义，属半经验公式。,（3）汉森公式,竖直向极限承载力,基底形状,当基础的长度与宽度之比 时，不能视作条形基础，由于两侧摩阻力影响，总的反映出承载力要增大，对非条形基础基本公式各项应分别乘以修正系数、。,18,基础埋深,浅埋基础,如埋深内有强度小于基底下持力层的土层时，应将此软弱层的深度扣除。,倾斜荷载,极限荷载的垂直分量puv将随荷载合力P与铅直线的夹角的增大而减小。合力为倾斜荷载时，计算铅直向极限荷载puv的公式各项应分别乘以与荷载倾角有关的荷载倾斜因素ic、iq、ir。,地面倾斜,19,基底倾斜,若基础承受铅直向偏心荷载时，计算极限荷载时应以有效宽度B、L来代替实际宽度B、L。,偏
7、心荷载,非均质地基,容许承载力及安全系数（表3-7）,20,适用条件,（4）斯凯普顿公式,竖直向极限承载力,地基承载力和安全系数,饱和软粘土地基（）；浅基础；矩形基础，宽长比修正。,21,3.2.1.2 按极限平衡区容许范围确定地基承载力,（1）原理,22,图 塑性变形区的发展,（2）地基承载力设计值公式,（3-3）,（3）适用条件：偏心距e0.033B,23,3.2.2 原位测试法,（1）标准贯入试验,适用条件：中小型工程，B3m，Df 0.5m,标准贯入击数地基承载力标准值/容许承载力,修正,（3-4）,（2）静载荷试验,24,3.2.3 规范查表法,（1）适用范围：一般建筑物,（2）地基
8、承载力基本值,（3）地基承载力标准值基本值回归修正系数,（4）容许承载力,（5）修正,3.2.4 各级建筑物确定地基承载力的规定,25,3.3 地基和基础类型及其选择,3.3.1 几类地基的特性简介,（1）一般粘性土地基,土质均匀良好，地基承载力大于150kPa，可为天然地基,注意软弱夹层和下卧砂性土层,（2）软土地基,软土基本性质,变形是首要问题，强度、稳定性亦考虑,一般需人工处理，为人工地基,26,（3）粉土和细砂地基,注意液化和防渗,进行人工处理,（4）砂卵石地基,基本性质,渗漏和渗透变形,整体稳定性,27,3.3.2 基础的主要类型,3.3.2.1 浅基础的类型,（1）按基础埋深分类,
9、浅基础,深基础,只需经过挖槽、排水等普通施工程序建造，一般埋深小于基础宽度的基础。,采用桩、沉井等特殊施工方法和设备建造，一般埋深大于基础宽度的基础。,28,（2）按受力特征及刚度特征分类,无筋扩展基础刚性基础,基础材料具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度不高，应满足材料刚性角的要求。,扩展基础钢筋砼柱下独立和墙下条形基础,材料为钢筋砼，抗弯和抗剪性能良好。,（3）按基础材料分类,砖、三合土、灰土、毛石、砼等 无筋扩展基础、刚性基础,钢筋砼基础扩展基础,29,（4）按基础构造分类,独立基础,荷载较小、地基土性质较好,分无筋扩展基础和扩展基础,30,条形基础和十字交叉基础,柱荷载较大，地基承载力
10、较低,分刚性和钢筋混凝土条形基础,分墙下条形基础和柱下条形基础,31,筏形基础,上部荷载较大，地基软弱或地下防渗时采用,整体刚度好，能调整不均匀沉降，抗震性能较好,如在深厚软土层中沉降较大，且亦倾斜,32,箱形基础,上部荷载较大，十字交叉基础无法满足要求，不宜采用桩基础时采用,埋深大，为补偿基础,刚度好、抗震性能好,施工技术高、耗材、基坑开挖量大,33,壳体基础和反拱底板基础,利用砌体材料抗压强度高的特点,施工技术要求高，适用范围受到限制,34,桩基础,沉井基础,3.3.2.2 深基础,35,3.3.3 地基基础类型方案的选择,（1）优先选用天然地基上浅基础,（2）将上部结构、基础和地基三者作
11、为一个整体,（3）进行技术、经济、安全、可行性比较,36,3.4 基础埋置深度的选择,3.4.1 考虑工程地质和水文地质条件,基本原则：,尽量浅埋,最小埋深0.5m（岩石地基除外）,满足地基稳定性和变形要求,选择合适的地基持力层：,低压缩性均匀土层：取满足其它要求的最小值,高压缩性土层：地基处理后取值或深基础,上软（2m）下硬土层：取下层土为持力层,上软（2m）下硬土层：同第2条,上硬下软土层：宽基浅埋,地下水：浅埋，地下水位以上,37,3.4.2 满足建筑物使用功能及其荷载要求,地下室：受地下空间控制,大型设备：受管线埋置影响,水塔等：埋深大，满足抗倾稳定性要求,风、地震水平荷载：,桩箱和桩
12、筏基础不宜小于建筑物高度的1/181/20,岩石地基上的高层建筑，埋深满足抗滑稳定要求,38,3.4.3 注意环境因素的影响,3.4.3.1 对相邻建筑物的影响,（1）基础埋深小于相邻建筑物基础埋深,（2）增大距离,（3）对邻近建筑物加固,原有,新建,39,3.4.3.2 冻胀和融陷的影响,（1）冻胀、融陷和冻结深度,（2）季节性冻胀土的基础最小埋置深度,（3-5）,（3）季节性冻胀土的设计冻深,40,（5）防冻害措施（特强、强冻胀和冻胀地基）,（4）考虑冻深的基础布置（水工、铁路桥涵）,41,3.4.3.3 水流和波浪冲刷的影响,基础埋置于冲刷深度以下22.5m,42,3.5 天然地基上浅基
13、础设计,3.5.1 基础底面的轮廓和尺寸,3.5.1.1 基底轮廓的形状,（1）基底轮廓与上部结构相适合,（2）尽量使基础设计成中心受压状态，或控制偏心矩的范围,（3）水闸基础的防渗和导渗,43,3.5.1.2 基础的平面尺寸,（1）中心荷载情况,（3-6）,基底压力,控制标准,（3-7）,基础面积,（3-8）,44,（2）偏心荷载情况,基底压力,（3-9）,矩形基础：,条形基础：,（3-10）,45,控制标准,面积确定,按中心荷载作用初步确定基底面积,增大面积1040，选定长宽度,计算基底压力，核算承载力要求,控制偏心距,注意事项,房屋建筑的偏心距容许值,水闸基底压力分布不均匀容许值,46,
14、3.5.2 刚性基础剖面尺寸和设计,3.5.2.1 刚性基础的材料和刚性角,（1）材料：灰土、砖、毛石、砼等,（2）特点：抗压强度高、抗拉抗剪强度低,（3）刚性角和悬臂宽高比要求,（3-10c）,47,3.5.2.2 刚性基础剖面构造型式和计算,（1）基础顶面置于地面下1020cm；,（2）基顶宽度0+2b0,（3）当建筑物较轻，地基强度较大，则 B10+2b0,（4）当地基强度限制，则,（3-11）,48,3.5.3 钢筋砼基础的型式和剖面设计,3.5.3.1 扩展基础的型式和构造,（1）型式,柱下独立基础：阶梯形、角锥形和杯口形,墙下条形基础：无肋和有肋,（2）构造要求,49,3.5.3.
15、2 扩展基础的剖面设计,（1）破坏型式,冲切破坏独立基础,斜裂纹破坏条形基础,满足抗弯要求,满足抗弯要求,50,（2）柱下独立基础,冲切荷载砼总抗切能力,（3-13a）,沿柱边破坏,地基土净反力设计值,取用的地基土净反力作用的部分基底面积，即ABCDEF部分,式中：,51,砼轴心抗拉强度设计值；,受冲切承载力高度影响系数；,式中：,冲切破坏锥体的有效高度；,冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；,上边长，即柱宽；,下边长，；,52,沿变阶处破坏,取用的地基土净反力作用的部分基底面积，即ABCDEF部分,上边长，即上阶宽；,下边长，；,53,破坏锥体在b方向以外,取用的地基土净反力作用的部分基底面积，
16、即ABEF部分；,有效高度求取,验算公式,（3-15）,当,基础高度,54,（3）墙下条形基础,砼墙：,砖墙：,基础高度,55,3.5.3.3 扩展基础的内力计算及配筋,（1）柱下独立基础,梯形悬臂板范围内地基净反力作用下的弯矩（在台阶宽高比2.5和偏心矩L/6，轴向或单向偏心荷载）,56,式中：,57,式中：,58,（2）墙下条形基础,最大弯矩：,（3-18）,砼墙：,砖墙：,钢筋面积：,（3-19）,令式（3-17）中,59,3.5.4 柱下条形基础,3.5.4.1 简化计算方法直线分布法,（1）使用范围,（2）基底反力：线性分布,（3）梁的内力计算：静定分析法和倒梁法,60,3.5.4.
17、2 弹性地基梁的计算方法,适用条件：粘性土地基和相对密度0.5的砂土地基5,地基变形模型,梁的扰曲方程,（3-21）,文克尔模型,半空间体地基模型,有限压缩层地基模型,61,（1）文克尔（E.Winkler,1867）地基模型,公式：地基表面任一点的单位面上压力强度与相应的地基竖向位移成正比，即,（3-20）,模型：弹簧模型,62,（3-22）,缺点：未考虑地基连续性,适用范围：软基或薄压缩层地基,基床系数，由30cm平板载荷试验确定，故文克尔地基模型亦称基床系数法。,63,（2）半空间体地基模型,地面沉降（均质、连续半无限弹性体）,（3-23）,优缺点,适用范围：均质厚层地基,（3）有限压缩
18、层地基模型,地面沉降（单向分层总和法）,优点,适用范围：有限压缩层地基,64,（4）三种地基模型的选择5,H/L0.25：文克尔地基模型,H/L2.0：半空间弹性体地基模型,H/L=0.252.0：有限压缩层地基模型,式中，H可压缩层厚度；,L梁长之半；,65,3.5.4.3 地基变形参数的确定,（1）测定法,（2）查表法,基床系数p/s：b=30cm平板载荷试验,变形模量：载荷试验等,泊松比：三轴试验等,压缩模量：室内侧限压缩试验等,根据地基、基础和荷载的实际情况采用,66,3.5.5 筏形基础,（1）刚性板方法,地基反力,（3-24）,（2）弹性板方法,内力计算,考虑变形协调和静力平衡,计
19、算复杂，需数值解法,67,3.6 地基和基础的验算,地基基础设计的某些规定：,甲级、乙级建筑物应按地基变形设计,受水平荷载作用的高层建筑物等和斜坡上建筑物应验算稳定性,需作变形验算的丙级建筑物：,地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；,有地面堆载或相邻基础荷载差异较大；,软弱地基上的建筑物存在偏心荷载；,相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；,有厚度较大或厚薄不均的新填土；,基坑工程应进行稳定性验算,存在上浮问题时，应进行抗浮验算,68,3.6.1 地基稳定性验算,（1）荷载组合,（2）验算内容,沿基础底面水平滑动,深层滑动,倾覆稳定性,最不利荷载组合,69,3.6.1.1 沿基础底
20、部水平滑动,（1）情况：水平荷载较大,（2）水闸,（3-25a）,滑动力,抗滑力,安全系数,70,（3）重力式码头、水闸边墙和一般挡土墙,（4）滑动力和阻滑力的选取,（5）强度参数的选取,（6）强度参数的简化,主动作用的水平力为滑动力,被动产生的阻力为抗滑力,现场试验,室内CU试验：打折采用,（3-25b）,71,（7）安全系数,（8）建筑地基设计规范方法,（3-25c）,根据工程重要性和荷载组合,应注意经济性,72,（9）带裙板或抗滑桩建筑物的水平滑动验算,1）沿abef面滑动,3）抗滑桩,2）沿abcdef面滑动,73,3.6.1.2 深层滑动稳定,（1）情况：水平、竖直向荷载较大,（2）
21、分析方法：圆弧滑动条分法,（3）安全系数定义,（4）假定,74,（5）公式,（3-26）,（6）安全系数取值,（7）强度参数指标,（8）斜坡上地基 稳定性验算,75,3.6.1.3 抗倾覆稳定,（1）情况,（2）安全系数定义,（3）挡土墙a,基础前趾点,（3-27a）,76,（4）挡土墙b,（3-27b）,（5）安全系数取值,（6）墙趾沉陷,77,（7）高压电塔架,78,3.6.2 地基沉降验算,（1）沉降量和沉降差,（2）沉降的组成,瞬时沉降,固结沉降,次固结沉降,79,3.6.2.1 固结沉降的计算,（1）单向分层总和法,（2）规范方法,（3-30）,80,3.6.2.2 基础容许沉降量和
22、沉降差,（1）要求,（2）变形特征及其容许值,81,3.6.3 增强地基稳定性和减少不均匀沉降的措施,3.6.3.1 增强基础稳定性的措施,（1）适当增加基础自身重量,（2）考虑基础下游侧面的土抗力,（3）在基础部分设置阻滑措施,（4）施工措施,3.6.3.2 调整地基反力不均匀分布的措施,（1）改变荷载分布,（2）适当调整基础宽度,82,3.6.3.3 增强基础稳定性的措施,（1）减少或平衡上部结构荷载,（2）提高上部结构和基础的刚度,（3）适当调整建筑物各部分的设计标高,（4）施工措施,83,（1）掌握地基和基础设计原则；了解地基、基础和上部结构共同作用的定性结果；掌握地基和基础的设计步骤
23、；（2）掌握地基承载力确定的理论公式法，理解普遍公式的意义，能灵活运用；掌握规范查表法及其修正；（3）掌握地基和基础的类型、特点和选择原则；（4）熟悉基础埋置深度的确定原则和影响因素；（5）掌握独立基础和墙下条形基础的平面、剖面尺寸设计；结构破坏型式和内力计算方法；（6）熟悉柱下条形基础，考虑地基和基础共同作用的弹性地基梁方法及其优缺点；（7）掌握地基和基础的稳定性、变形验算内容和方法；及增强地基稳定性和减少不均匀沉降的建筑、结构和施工措施。,本章要求：,习题：,复习题和习题3-13-10,84,1中华人民共和国建设部.GB50007-2002 建筑地基基础设计规范S.北京:中国建筑工业出版社
24、,2002.,参考资料：,2中国土木工程学会.注册岩土工程师专业考试复习教程M.北京:中国建筑工业出版社,2007.,3陈希哲.土力学地基基础 M.北京:清华大学出版社,2004.,4杨进良.土力学 M.北京:中国水利水电出版社,2006.,5中华人民共和国水利部.SL265-2001 水闸设计规范S.北京:中国水利水电出版社,2002.,85,例题3-4：,86,87,88,补：条分法,（1）原理,（2）Fellenius法,滑动力矩,阻滑力矩：,安全系数：,89,（i）总应力表示法,（ii）有效应力表示法,90,分层总和法计算沉降的步骤如下：,（1）绘制计算简图,91,自重应力分布,（2）
25、计算地基中的应力,计算基底（有效）压力和基底（有效）附加压力,附加应力分布,92,（3）确定地基分层厚度（Determination of layer thick of foundation）,分层面（Interface between layers）,层厚 或2-4m。,（4）确定受压层下限（Determination of lower limit of compressive layer）,软土,应力控制法：Stress control method,93,计算平均应力,荷载、的计算分两种情况：,（a）在自重作用下已固结,（b）在自重作用下未固结,（5）变形计算（Deformation c
26、alculation）,查找、,计算各分层的变形,计算最终沉降量,94,和 分别为相应的竖向平均附加应力系数。,地基规范方法,是从分层总和法公式导出的一种简化形式。,第i层土的变形量为,为便于计算，令,95,按地基规范计算出的地基最终沉降量,确定受压层下限：变形控制法,有相邻荷载影响：,无相邻荷载影响：,按分层总和法计算出的地基最终沉降量,96,、的确定普朗德尔公式,基础底面光滑、地基土无重量时，地基土出现整体破坏时，极限平衡区可分为5个区，即：,区基底以下，应力状态和朗肯主动区应力状 态相同（主动朗肯区）；区应力状态与朗肯被动区应力状态相同（被 动朗肯区）；区也为极限平衡区，取应力状态为区、区的过度状态。,微分极限平衡法（Differential limit equilibrium method）,（1）假定,97,b,98,a,99,100,1）由对B点的力矩平衡得,2）微分滑弧上凝聚力c所引起的力矩为,（2）推导,3）其余各项力臂都与有关系，,4）各力由极限平衡关系式可求解,101,5）极限荷载,对照式,102,
